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淺析無人機在消防滅火中的運用

 一、無人機概念及技術優勢

1、無人機概念

無人機UAV(UnmannedAerialVehicle)是無人駕駛飛機的簡稱,是利用無線電遙控設備和自備程序控制的不載人飛機,包括無人直升機、固定翼機、多旋翼飛行器、無人飛艇和無人傘翼機等。從結構組成上講,一個完整的無人機系統主要包括機上部分和地面控制部分,如圖1所示,其中機上部分主要包括無人機的自主飛行控制系統、姿態傳感器系統和動力系統,地面控制部分主要包括遙控操縱系統和數據接收系統等。

2、無人機的技術優勢

(1)執行高危險任務。無人機可以代替人類飛行員執行高危險任務,減少駕駛員培訓成本,降低潛在的人員傷亡危險。

(2)執行人類生理特點限制任務。相比于人類飛行駕駛員,無人機作為機器,可以超越人類生理特性極限,執行長時間、高機動性的任務。

(3)執行低成本和多樣性任務。由于無人機無需裝備生命保障系統,因此可以代替其他造價昂貴的設備深入火場或救援現場一線進行多種任務。

(4)執行任務靈活,操作方便。對無人機進行操作的人員無需親歷現場和進行全面完善的作戰培訓,同時,無人機可以在各種平臺進行起降,具有操作靈活的特點。

二、無人機在滅火救援領域的應用

1、現場偵查

1)火情偵查

火場環境具有很多不確定性,對于開敞的大面積火場,僅憑觀察和經驗難以確定現場實際情況,因此,需要搭載各種偵查設備的無人機來進行火場的初步觀測偵查,確定火點位置,有無被困人員,危險信息等。在偵查模塊的工作模式下,無人機可以有效地對火災損毀情況進行實時評估,可以獲取部分重點部位的清晰圖像,同時,對于高層建筑中的可疑部位和重點區域,地面人員還可以利用基站控制臺操控無人機進行全方位偵查,第一時間獲取火點位置,燃燒面積,火勢蔓延情況等重要信息。

2)地震、泥石流等災情監測

在某些交通受阻的災情如地震、泥石流中,通過現場測繪情況,可以初步評估災害損失率,及時掌握災情發展趨勢,可以為快速疏散現場人員和作戰服務保障提供關鍵信息,為災后重建工作提供有力保障,此外,還可以結合無人機傳回的資料,開發災害數據庫,為災害預警提供依據和指導。

同樣,得益于近年來遙感技術的飛速發展,我國已經建立了1:50000地形圖的數字高程模型(DtalElevati0nM0de1)數據庫,在地震、泥石流災害中,可以由無人機搭載測繪儀器,建立現場的高程模型,形成地形地貌形變統計數據,快速確定地震損毀情況,尋找安全快速的救援路線,預測搶險救援力量到達時間等。

2、人員搜索

在山岳事故救援中,人員無法準確定位的一個重要原因是,受到山岳地區地形限制,無法在山區建立完善的手機基站網絡,導致被困在山區的人員無法通過手機進行求救。此外,不同于其他開闊地帶的救援情形,山區地帶植被茂密,難以利用攝像機或紅外設備搜索密林下的被困人員。據此提出一種利用無人機搭載偽基站進行人員搜救的方式。利用無人機搭載小型手機通信基站,該基站可以隨時搜索手機信號,這樣,被困人員無需時刻注意上空飛過的搜救無人機,也無需在短時間內發出救援信息,這樣既可降低傳統的人工搜索所需要的人力物力,也可以節省和縮短救援時間。

3、人員疏散

第一到場的消防力量需要迅速判斷事故類型,判斷現場危險源,根據現場實際情況確定是否需要開展人員疏散工作,如果需要進行人員疏散,則應根據過火面積、火勢蔓延情況、現場風速風向等環境確定人員疏散半徑和方向等,如果是夜間環境,還需為疏散人群提供基本的照明和語音引導,防止群眾錯誤地向燈光明亮的事故現場聚集,產生更大的安全隱患。因此可以由無人機搭載照明指示燈和廣播引導系統,直接引導高層建筑內的人員向正確的樓層疏散,如果是對地面的群眾進行疏散,還可以由無人機搭載攝像系統,全面宏觀地協調整個疏散工作。

4、應急通信

多數火災現場需要深入內部進行人員的搜索救援工作,而對于一些結構復雜的高層建筑和大面積救援環境,現場的通信往往無法得到有效的保障,這就為救援工作埋下了嚴重的安全隱患。無人機因其靈活的操作控制性能,可以通過搭載相關的通信中繼儀器,在最短的時間內在現場建立起通信鏈路,自動或者無線遙控調節頻率、傳輸報警器報警信息甚至是進入火場的救援人員的空呼壓力信息,通過多臺無人機設備定位火場人員位置并共享位置信息,或者配備現場指揮人員專用無人機,由指揮員通過無人機進行力量調度,協調整個現場的力量部署。

5、人員物資轉運

在滅火救援領域,無人機的人員物資轉運功能同樣值得考慮。例如,在某些農村偏遠地區,受道路交通條件限制,第一出動力量往往無法快速到達現場,因此可以采取一個作戰分隊配備一架運輸無人機的戰斗編成模式,火災發生后,由后方迅速調派運輸無人機攜帶相關輕便器材飛赴現場,進行有效的先期控火和搶險救援,阻止火勢進一步蔓延,迅速搶救被困人員生命。

無人機還可以在急難險重危險地區代替救生拋投器的作用,在災害現場攜帶引導繩往返于被困者和施救者之間,建立堅固穩定的救援系統。另外,在一些急難險重的洪澇災害事故救援中,無人機還可以攜帶救生設備,代替救援人員進行定點拋投,快速營救遇險群眾。

三、無人機的改進和功能拓展

1、針對專業測繪、偵檢、探測、通信儀器的改進

為了配備與不同種類的元人機和適應不同的任務需求,無人機所攜帶的相關儀器應當進行進一步改進,主要包括以下幾方面:

(1)進一步減小尺寸和重量,以提高無人機的器材裝備數量,增加無人機的續航時間。

(2)統一各類軟硬件接口,方便不同種類的器材能夠駁接不同種類的無人機設備,同時加強數據傳輸、軟件參數設置的統一。

(3)增加各類器材裝備的集成度,例如需要同時使用到的音視頻和紅外探測儀可以進行集成,探測環境的溫度、高度、壓力等傳感器可以進行集成等。

2、防火防爆及操控性能化改善

近日,在全球最大的石油展上,由中航鷹航科技有限公司展示的一款多功能防爆無人機——赤鳶,吸引了大量的參展者。該款無人機采取了先進的電器隔離技術和新型防爆電池和電機,避免在工作過程中產生電火花,在設計消防用無人機時,可以借鑒相關的設計制造技術,進一步增強無人機的防火防爆性能,以適應惡劣環境和危險場所的需求。

3、載量和續航的改進

現在投入使用的無人機多為鋰電池供電,存在的一個不足是續航時間較短,載重較輕。圣彼得堡消防隊大學研制了一種能夠垂直起飛,并用電纜系留的消防無人機,理論上,該款無人機可以實現全天候不間斷續航,得益于系留式電纜,該款無人機可以實現多達600kg的載重量,但是受到電纜長度和重量的限制,該無人機只能在小范圍內使用,主要用于現場環境監控和通信保障。

4、與通信指揮組網、地理信息系統的聯動

得益于我國消防部隊的信息化建設,基層消防部隊裝備了多類消防指揮系統,配備了實用的滅火救援指揮箱,GIS(GeographicInformationSystem)系統在基層指揮中心的應用也對一線滅火救援工作起到了重要的保障作用,而消防無人機要投入實際的使用,必須加強與此類軟件平臺和系統的聯動,可以做到直接在平臺界面操作無人機,共享無人機采集的數據信息,利用無人機進行通信組網和力量調度,以加強無人機的適用性和可移植性。

5、與其他消防力量的聯動

消防無人機還應加強與其他消防力量的聯動,以消除潛在的安全隱患,加強其他器材裝備的使用效能,例如為舉高類車輛的準確定位提供依據,在大型破拆現場進行建筑結構評估,當建筑結構發生較大位移改變時提供進行報警等。同時,在危險搜索救援現場,無人機還可以與搜救犬配合工作,發布指令,傳遞信息等,進一步保障救援人員自身的生命安全。(于求 小明)


  
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